CN103322374B - 一种无缆式管道逆流爬行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缆式管道逆流爬行器，包括爬行筒、驱动机构、前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构，所述前置卡瓦爬行机构与所述驱动机构螺纹传动配合，使得所述前置卡瓦爬行机构沿所述爬行槽往复移动，所述爬行器还包括解锁机构，包括中心杆、前解锁拉绳、后解锁拉绳，所述前解锁拉绳和所述后解锁拉绳通过所述中心杆的向后移动促使所述前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构沿径向收拢。本发明直接利用管内流体运动获取动力，能够逆着流体的方向在管道中爬行，并在特定的条件下触发解锁机构，顺着流体方向返回，实现了逆流前行与顺流归位的自动转换。本发明适用于内径较小、作业距离较长、工作环境复杂的管道的清管、检测、测绘作业。

Description

一种无缆式管道逆流爬行器

技术领域

本发明涉及一种爬行器，尤其涉及一种无缆式管道逆流爬行器，该爬行器能够实现逆流前行和顺流返回功能，适于对内径较小、距离较长、工作环境复杂等特殊工况的管道，进行实时的检测和维护作业。

背景技术

在石油天然气行业中，管道运输是一种便捷、高效的运输方式。而管道运输介质一般具有可燃、易爆、有毒、有腐蚀性等特点；管道运输方式具有运输距离大、带压运输、管道运输环境恶劣、管道施工复杂等特点。因此，管道的运营过程中，会出现污染物的沉积、有害物质的腐蚀、管道的泄漏、管道的疲劳、管道的破损等隐患。若管道的上述各种隐患及缺陷没有得到及时的检测与维修，很有可能会酿成严重的事故。为获取管道运营资料、检测管道存在的隐患、提高管道的使用寿命、防止管道事故的发生，就必须对管道进行有效的定期检测与维护。

目前，对管道的检测与维护，涉及到管道内检测、清管等管道作业，需要管道作业装备进行作业。如今管道作业装备通常采用管道爬行器，现有的管道爬行器按其动力源的不同可分为以下三种：一是外接电源有缆式，二是自带电池式，三是利用管道输送的流体驱动的无缆式。其中，外接电源有缆式主要的弊端有两点：(1)电缆线一直跟着管道机器人走，如果管道很长，电缆线就必须很长，造价比较昂贵。(2)因为有电缆线，逆流爬行器放入管道后，无法关闭入口通道，实现动密封成为了技术难点之一，而自带电池的电能有限，因此这两种动力源都限制了管道爬行器的长距离作业。管内流体驱动的无缆式管道爬行器由于无需提供额外的动力源驱动，直接利用管内流体获取动力，解决了动力源供给问题，因此越来越受到业内人士的青睐。

现有的无缆式管道爬行器，例如，英国的威德福管道及设备研发中心(WeatherfordPipeline&Specialty Services R&D centre in Edinburgh)无缆式管道逆流爬行器，呈直杆状，包括牵引模块、支腿、涡轮和齿轮箱模块等，经测试该爬行器能够利用管内流体获取动力并逆流爬行，可与相关装置配合完成清管作业。但该无缆式管道逆流爬行器结构比较复杂，不适于内径较小、工作环境复杂的管道；并且，该爬行器爬行不够稳定(管道压力波动都会使得爬行器直接返回)、存在爬行不方便等缺点因此其使用范围受到了很大的限制。

另外，还有一种英国杜伦大学研制的自驱动无缆爬行机构，该爬行机构利用涡轮将流体的动能转化为机构所需的机械能，并将螺旋副的旋转运动转变为机构的往复运动。由于该爬行机构采用刚性支撑刷，虽然刚性支撑刷逆流前行顺畅，但向后运动却很困难，不能自动完成前行与后退的转换，限制了使用范围，对于实现管路的实时检测和维护作业的需求较为困难。并且，该爬行机构在牵引能力、越障能力以及弯管通过能力等方面也存在诸多不足之处。

有鉴于上述现有技术存在的缺点,本发明人基于从事相关科研及现场经验和专业知识,积极加以改进和创新，以期实现一种无缆式管道逆流爬行器可以有效的解决上述问题。该无缆式管道逆流爬行器直接利用流体获取动力，通过一定的传动机构，转化为执行机构的运动，能够逆着流体的方向在管道中爬行，并在特定的条件下触发一定的装置，使得爬行器顺着流体方向返回。在添加相应的附属设备之后，可以对管道进行清管、检测、测绘等各种复杂的作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种无缆式管道逆流爬行器，该无缆式管道逆流爬行器直接利用流体获取动力，能够实现逆流前行和顺流返回的转换，适用于内径较小、作业距离较长、工作环境复杂的管道的清管、检测、测绘作业。

为达到上述目的，本发明提出的一种无缆式管道逆流爬行器，包括爬行筒、驱动机构、前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构，所述前置卡瓦爬行机构安装于所述爬行筒上沿轴向开设的爬行槽内，所述爬行槽与所述爬行筒内部相连通，所述驱动机构沿轴向贯穿设置于所述爬行筒内，所述前置卡瓦爬行机构与所述驱动机构螺纹传动配合，使得所述前置卡瓦爬行机构沿所述爬行槽往复移动，所述后置卡瓦止退机构设于所述爬行筒的后侧，所述爬行器还包括解锁机构，所述解锁机构包括：中心杆，轴向贯穿于所述驱动机构，所述中心杆的前端延伸出所述驱动机构的外侧，所述中心杆与所述驱动机构相配合，使得所述中心杆能在外力的作用下向后移动；前解锁拉绳，其一端固定于所述中心杆上，其另一端通过解锁支撑块和解锁块与所述前置卡瓦爬行机构相连接；后解锁拉绳，其一端固定于所述中心杆上，其另一端与所述后置卡瓦止退机构相连接；所述前解锁拉绳和所述后解锁拉绳通过所述中心杆的向后移动促使所述前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构沿径向收拢。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述爬行筒由至少三个瓣状部件沿周向围组形成圆筒状，在所述爬行筒的两侧沿径向凸设有联接法兰，在每个所述瓣状部件上沿轴向开设有爬行槽；所述前置卡瓦爬行机构对位插装于所述爬行筒的爬行槽上。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述驱动机构包括：往复丝杠，沿轴向贯穿于所述爬行筒和前置卡瓦爬行机构，所述往复丝杠上加工有双向螺纹，所述往复丝杠通过其两侧设置的轴承与所述爬行筒能转动地相连接，所述往复丝杠沿轴向开设有中心通孔，所述中心杆贯穿于所述中心通孔并延伸至所述往复丝杠的外侧，所述中心杆与所述中心通孔通过其内部开设的斜齿条相啮合，使得当所述中心杆的前端受到一定的阻力时，所述中心杆沿所述中心通孔向后移动；涡轮，设置于所述往复丝杠前部伸出端，所述涡轮在管道内流体的驱动下带动所述往复丝杠同步旋转。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述前置卡瓦爬行机构包括：传动组件，包括螺母座和传动螺母，所述螺母座包括容置部和均匀设置在所述容置部一侧且沿径向延伸的至少三个轴肩，所述轴肩与所述爬行槽对应设置；在所述容置部的中心开设有轴向通孔，用于套装所述往复丝杠，所述传动螺母能转动地安装于所述容置部一侧的安装通孔中，所述安装通孔与所述轴向通孔相连通，且所述传动螺母与所述往复丝杠螺纹传动配合；前置卡瓦组件，安装于所述轴肩上，所述前置卡瓦组件包括前置卡瓦座、前置支撑杆、前置卡瓦和拉簧，所述前置卡瓦具有向后倾斜的齿，所述前置卡瓦座与所述螺母座的轴肩通过螺栓固定连接，所述前置支撑杆呈弯折状，所述前置支撑杆的弯折处与所述前置卡瓦座通过枢轴连接，所述前置支撑杆的一端与固定于所述前置卡瓦座上的所述拉簧相连接，其另一端与所述前置卡瓦枢接在一起，所述前置支撑杆能在所述拉簧的作用下绕所述弯折处转动，在所述前置支撑杆的弯折处开设有一侧开口的容置槽，在所述容置槽内容装有解锁块和解锁支撑块，所述解锁支撑块的一侧开设有圆弧槽，用于与所述枢轴相配合，在所述解锁支撑块背向所述容置槽开口的一侧连接有螺栓头，所述螺栓头穿设于所述容置槽一侧垂直于所述枢轴的轴向开设的条形通槽中，使得所述螺栓头沿所述条形通槽上下移动；所述解锁块与所述解锁支撑块相顶抵，且所述解锁块靠近所述容置槽开口设置，所述解锁块与所述前解锁拉绳的一端相连接；当爬行器向前爬行时，所述解锁块和所述解锁支撑块相配合以限制所述前置支撑杆的移动；当所述中心杆向后移动时，所述前解锁拉绳拉动解锁块由所述容置槽内脱出，使得所述解锁支撑块通过所述螺栓头与所述条形通槽配合滑动，使得所述前置支撑杆和所述前置卡瓦沿径向收拢。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，在所述解锁块的底部设有凸块，在所述容置槽的开口处对应于所述凸块开设有滑槽，所述凸块与所述滑槽滑动配合。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，在所述前置支撑杆对应于所述凸块的位置设有弹片，所述弹片的一端通过螺钉固定在所述前置支撑杆上，其另一端顶抵于所述凸块的侧面。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，在所述螺母座与所述传动螺母之间设有弹性垫圈和弹性环。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述后置卡瓦止退机构包括：后置卡瓦座，其与所述前置卡瓦座对应设置于同一轴线上，所述后置卡瓦座与所述爬行筒后侧的联接法兰通过圆柱销连接；后置支撑杆，呈弯折状，所述后置支撑杆的弯折处与所述后置卡瓦座枢接；后置卡瓦，其与所述后置支撑杆的外端枢接，所述后置卡瓦具有向后倾斜的齿；弹簧，其一端固定于所述后置卡瓦座上，其另一端连接于所述后置支撑杆的内端，通过所述弹簧拉动所述后置支撑杆和后置卡瓦沿径向张开；所述后置支撑杆与所述后解锁拉绳的一端相连接，当所述中心杆向后移动时，所述后解锁拉绳释放所述后置支撑杆，使得所述后置支撑杆和所述后置卡瓦在所述弹簧的拉动下沿径向收拢。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述爬行器还包括导向机构，所述导向机构包括：前轮座和后轮座，分别设在所述爬行筒两侧的联接法兰的外侧，在所述前轮座和后轮座上分别沿径向凸伸有支撑部，在所述支撑部上设有导向轮。

如上所述的无缆式管道逆流爬行器，其中，所述导向轮包括设在所述前轮座的支撑部上的前支撑导向轮和设在所述后轮座的支撑部上的后支撑导向轮，所述前支撑导向轮和所述后支撑导向轮对称设置且分别沿周向均匀布设有至少三个。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明无缆式管道逆流爬行器直接利用管内流体运动获取动力，通过一定的传动机构，转化为执行机构的运动，能够逆着流体的方向在管道中爬行，并在特定的条件下触发解锁机构，顺着流体方向返回，实现了逆流前行与顺流归位的自动转换。在添加相应的附属设备之后，可以对管道进行清管、检测、测绘等各种复杂的作业。

2、本发明适用于内径较小、作业距离较长、工作环境复杂的管道的清管、检测、测绘作业。例如：分支管的管道作业、海底管道的维抢修作业，本发明在工作环境复杂的管线尤其是单线管线中具有巨大的潜在应用前景，将会成为水下管线运行设备的关键部件。

3、本发明无缆式管道逆流爬行器从单一端口进入和离开管道的模式，与传统的清管方式相比，节省配套设施，也会减少不必要的操作，在爬行器作业期间不会有停产；且爬行器不受动力源的限制，只要有流体，爬行器就可以产生动力；附属的清管、检测等单元也可以有效利用涡轮产生的动力工作，大幅度降低了管道的检测与维护成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明无缆式管道逆流爬行器的立体结构示意图；

图2为本发明无缆式管道逆流爬行器的轴侧剖面结构示意图；

图3为本发明无缆式管道逆流爬行器的主视结构示意图；

图4为图3中A部分的放大结构示意图；

图5为本发明无缆式管道逆流爬行器的俯视结构示意图；

图6为本发明的往复丝杠与中心杆结合的结构示意图；

图7为本发明的爬行筒的结构示意图；

图8为本发明的爬行筒的瓣状部件的结构示意图；

图9为本发明的螺母座的结构示意图；

图10为本发明的传动螺母的结构示意图；

图11为本发明的前置支撑杆与解锁支撑块和解锁块组合后的立体结构示意图；

图12为本发明的前置支撑杆与解锁支撑块和解锁块组合后的另一立体结构示意图；

图13为本发明的前置支撑杆的结构示意图；

图14为本发明的解锁支撑块的结构示意图；

图15为本发明的解锁块的结构示意图；

图16为本发明另一实施方式的前置支撑杆与解锁支撑块和解锁块组合的立体结构示意图；

图17为图16中的前置支撑杆的结构示意图。

附图标记说明：

1-往复丝杠；2-后置卡瓦；3-后置卡瓦座；4-后支撑导向轮；5-后轮座；6-前置卡瓦；7-前置卡瓦座；8-螺母座；81-容置部；82-轴肩；83-轴向通孔；84-安装通孔；9-弹性环；10-前支撑导向轮；11-前轮座；12-涡轮；13-轴承；14-传动螺母；141-牙形槽；15-轴承；16-爬行筒；161-瓣状部件；162-爬行槽；163-联接法兰；18-圆柱销；19-弹性垫圈；20-弹簧；21-中心杆；22-解锁支撑块；23-解锁块；24-后解锁拉绳；25-前解锁拉绳；26-斜齿条；27-中心通孔；28-前置支撑杆；29-后置支撑杆；30-拉簧；31-螺栓；32-容置槽；33-枢轴；34-支撑部；35-弹片；36-螺栓头；37-条形通槽；38-凸块；39-滑槽。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出的无缆式管道逆流爬行器，包括爬行筒、驱动机构、前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构，前置卡瓦爬行机构安装于爬行筒上沿轴向开设的爬行槽内，爬行槽与爬行筒内部相连通，驱动机构沿轴向贯穿于爬行筒内，前置卡瓦爬行机构与驱动机构螺纹传动配合，使得前置卡瓦爬行机构沿爬行槽往复移动，这样通过前置卡瓦爬行机构的往复移动可带动爬行器在管道内逆流前行。本发明的无缆式管道逆流爬行器还包括解锁机构，当爬行器运动到管道尽头或者管道前方遇到比较严重的堵塞时，通过解锁机构能够将前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构的卡瓦沿径向收拢并与管壁相脱离，使得爬行器在管内流体的作用下回位至管道出口。需要说明的是，在本发明中，“向前”指相反于管道内流体流动方向；“向后”指沿管道内流体流动方向。

请参考图1、图2、图3，分别为本发明无缆式管道逆流爬行器的立体结构示意图、轴侧剖面结构示意图和主视结构示意图。如图所示，本发明的解锁机构包括：中心杆21、前解锁拉绳25、后解锁拉绳24、解锁支撑块22和解锁块23，中心杆21沿轴向贯穿于驱动机构，中心杆21的前端延伸出驱动机构的外侧，中心杆21与驱动机构通过斜齿条啮合(如图6所示)，使得中心杆21的前端在受到一定阻力的作用下可向后移动，而阻止中心杆21相对驱动机构前移；前解锁拉绳25的一端固定于中心杆21上，其另一端通过解锁支撑块22和解锁块23与前置卡瓦爬行机构相连接；后解锁拉绳24的一端固定于中心杆21上，其另一端与后置卡瓦止退机构相连接；前解锁拉绳25和后解锁拉绳24通过中心杆21的向后移动促使前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构沿径向收拢。这样，当爬行器运动到管道尽头或者管道前方遇到比较严重的堵塞时，中心杆21在外界顶抵阻力的作用下逐渐向后移动，在中心杆21后移的过程中，通过拉紧前解锁拉绳25和后解锁拉绳24，促使驱动前置卡瓦爬行机构的前置卡瓦和后置卡瓦止退机构的后置卡瓦沿径向收拢，以达到脱离管道内壁的作用，从而实现解锁功能，使得爬行器在管内流体的作用下顺流归位至管道出口，实现爬行器逆流前行和顺流返回的转换，适合于在需要从单一端口进入并离开的管道中清洗作业，特别适用于分支管的管道作业及海底管道的维抢修作业。前解锁拉绳25、解锁支撑块22、解锁块23和后解锁拉绳24与前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构的具体连接结构将在下文中详细描述。

如图7、8所示，爬行筒16呈圆筒状，由至少三个瓣状部件161沿周向围组而成，以便于装配，在每个瓣状部件161上沿轴向开设有爬行槽162，爬行槽162沿周向均匀布设在爬行筒16上，用于安装和引导前置卡瓦爬行机构，并使得前置卡瓦爬行机构与驱动机构配合连接，具体结构配合关系在下文中详细描述。爬行筒16的两侧沿径向凸设有联接法兰163，用于与爬行筒16外接的部件相连接。前置卡瓦爬行机构对位插装于爬行筒16的爬行槽162上，以使得前置卡瓦爬行机构能够沿爬行槽162往复移动。

如图3所示，驱动机构包括往复丝杠1和涡轮12，往复丝杠1沿轴向贯穿于爬行筒16和前置卡瓦爬行机构，往复丝杠1上加工有双向螺纹，用于与前置卡瓦爬行机构螺纹传动配合，以驱动前置卡瓦爬行机构沿爬行槽162往复移动。往复丝杠1通过其两侧设置的轴承13、15与爬行筒16能转动地相连接；如图6所示，往复丝杠1沿轴向开设有中心通孔27，中心杆21贯穿于中心通孔并延伸至往复丝杠1的外侧，中心杆21与中心通孔27通过其内部开设的斜齿条26相啮合，使得当中心杆21的前端受到一定的阻力时，中心杆21克服斜齿条26的阻力并沿所述中心通孔27向后移动，涡轮12设置于往复丝杠1前部伸出端，涡轮12在管道内流体的驱动下带动往复丝杠1同步旋转，这样通过管道内液体流动带动驱动机构运转，从而避免使用外接电缆或电源，降低了设备成本，延长了爬行器的作业距离和作业时间。

进一步的，为了保证往复丝杠1与爬行筒16之间配合的精确度，轴承13、15采用深沟球轴承。当然也可以采用其他适宜的轴承，只要能够使得往复丝杠1在爬行筒16内转动即可。

如图1、2、3、4所示，前置卡瓦爬行机构包括与驱动机构相配合的传动组件和沿爬行槽162往复移动的前置卡瓦组件，其中，传动组件包括螺母座8和传动螺母14，如图9所示，螺母座8包括容置部81和均匀设置在容置部81一侧且沿径向延伸的至少三个轴肩82，轴肩82与爬行槽162对应设置，使得每个轴肩82与其相对应的爬行槽162对位结合；在容置部81的中心开设有轴向通孔83，用于套装往复丝杠1，使得往复丝杠1可贯穿于该轴向通孔83，传动螺母14能转动地安装于容置部81一侧的安装通孔84中，安装通孔84与轴向通孔83相连通，且传动螺母14与往复丝杠14螺纹传动配合。这样，当往复丝杠14转动时，由于传动螺母14上的牙形槽141(如图10所示)与往复丝杠14的双向螺纹相啮合，传动螺母14沿轴向往复移动，从而带动螺母座8沿爬行槽162轴向往复移动。

如图3、4所示，前置卡瓦组件安装于轴肩82上，前置卡瓦组件包括前置卡瓦座7、前置支撑杆28、前置卡瓦6和拉簧30，前置卡瓦6具有向后倾斜的齿，前置卡瓦座7与螺母座8的轴肩82通过螺栓31固定连接。如图11、12、13所示，前置支撑杆28呈弯折状，前置支撑杆28的弯折处与前置卡瓦座7枢接，使得前置支撑杆28能够绕枢轴33旋转；前置支撑杆28的一端与固定于前置卡瓦座7上的拉簧30相连接，其另一端与前置卡瓦6枢接在一起，使得前置支撑杆28能在拉簧30的作用下绕弯折处转动；前置支撑杆28与后置支撑杆29的结构不同之处在于，前置支撑杆28的弯折处开设有一侧开口的容置槽32，在容置槽32内容置有解锁块23和解锁支撑块22，如图14所示，解锁支撑块22的一侧开设有圆弧槽，用于与枢轴33相配合，在解锁支撑块22背向容置槽32开口的一侧连接有螺栓头36，该螺栓头36穿设于容置槽32一侧垂直于枢轴53的轴向开设的条形通槽37中，使得螺栓头36沿条形通槽37上下移动。如图11、12所示，解锁块23与解锁支撑块22相顶抵，以卡紧前置支撑杆28；且解锁块23靠近容置槽32开口设置，解锁块23与前解锁拉绳25的一端相连接，当爬行器向前爬行时，解锁块23和解锁支撑块22相配合以限制前置支撑杆的移动；当中心杆21的向后移动时，前解锁拉绳25拉动解锁块23由容置槽32内脱出，容置槽32腾出一定空间，使得解锁支撑块22通过螺栓头36与条形通槽37配合滑动，使得前置支撑杆28和前置卡瓦6沿径向收拢，从而实现前置卡瓦爬行机构的解锁功能。

进一步的，如图15所示，在解锁块23的底部设有凸块38，在容置槽32开口处对应于凸块38开设有滑槽39，凸块38与滑槽39滑动配合，起到防止解锁块侧滑的作用，以便于前解锁拉绳25顺利地将解锁块23从容置槽32内拉出。

作为本发明的一种可选的实施方式，如图16、17所示，由于解锁块23可以在前置支撑杆28的槽内自由滑动，为了防止解锁块23意外振动或者上坡等原因掉落，在前置支撑杆28对应于凸块38的位置设有弹片35，弹片35一端通过螺钉固定在前置支撑杆28上，其另一端顶抵于解锁块23的凸块38侧面，使得解锁块23保持稳定，当拉绳拉动解锁块22达到一定拉力时，弹片35弯曲，使得解锁块22脱离容置槽32被拉出。

进一步的，在螺母座8与所述传动螺母14之间设有弹性垫圈和弹性环，以减少磨损，提高耐磨性，延长使用寿命。

进一步的，如图1、2、3、5所示，后置卡瓦止退机构包括后置卡瓦座3、后置支撑杆29、后置卡瓦2和弹簧20，后置卡瓦座3与前置卡瓦座对应设置于同一轴线上，后置卡瓦座3与爬行筒16后侧的联接法兰163通过圆柱销18连接；后置支撑杆29呈弯折状，后置支撑杆29的弯折处与后置卡瓦座3枢接；后置卡瓦2与后置支撑杆29的外端枢接，后置卡瓦2具有向后倾斜的齿；弹簧20一端固定于所述后置卡瓦座3上，其另一端连接于后置支撑杆29的内端，通过弹簧20拉动后置支撑杆29和后置卡瓦2沿径向张开；在后置支撑杆29与后解锁拉绳24的一端相连接，后解锁拉绳24的另一端与中心杆21相连接，当中心杆21的向后移动时，后解锁拉绳24克服弹簧20的弹力，使得所述后置支撑杆和所述后置卡瓦沿径向收拢，从而实现后置卡瓦止退机构的解锁功能。

进一步的，如图1、2所示，本发明的爬行器还包括导向机构，该导向机构包括：前轮座11和后轮座5，分别设在爬行筒16两侧的联接法兰163的外侧，在前轮座11和后轮座5上分别沿径向凸伸有支撑部34，在支撑部34上设有导向轮(前支撑导向轮10和后支撑导向轮4)，起到支撑和导向的作用。

进一步的，导向轮包括设在前轮座11的支撑部上的前支撑导向轮10和设在后轮座5的支撑部上的后支撑导向轮4，前支撑导向轮10和后支撑导向轮4对称设置且分别沿周向均匀布设有至少三个，从而保证管道逆流爬行器位于管道的中间，防止爬行器偏位。

在本发明一个可选的实施例中，涡轮12后端安装减速器(图中未示出)，达到减小速度，增大扭矩的作用，以适应不同的工况要求。

本发明无缆式管道逆流爬行器的工作过程和原理为：

本发明无缆式管道逆流爬行器在管道中逆流而行的时候，爬行器前端的涡轮12在管道流体的作用下旋转产生动力，动力扭矩经过减速器放大之后传递到往复丝杠1上，涡轮12、减速器中心轴、往复丝杆1一起同步转动，往复丝杠1上加工有双向螺纹。传动螺母14上牙形槽141与往复丝杠1的螺纹槽配合，将往复丝杆1的旋转运动转换成前置卡瓦爬行机构的往复运动，爬行筒中的爬行槽可以防止前置卡瓦爬行机构跟转，保证前置卡瓦爬行机构的直线运动。

在运动过程中，当前置卡瓦爬行机构处于往复丝杆1的最后端，由于后置卡瓦止退机构的作用，后置卡瓦2的齿嵌入到管壁上，管壁与后置卡瓦2之间产生巨大的摩擦力，阻止爬行器后退，使得前置卡瓦爬行机构在力的作用下向前运动。需要注意的是，后置卡瓦2的齿形是向后倾斜的，当前置卡瓦爬行机构向前运动的时候，后置卡瓦2与管壁不会形成大的摩擦力阻碍前置卡瓦爬行机构向前运动，因此，前置卡瓦爬行机构可以顺利向前爬行。

当爬行到往复丝杆1最前端的时候，往复丝杆1前端有一容置槽，前置卡瓦爬行机构在容置槽的作用下，进入反向螺纹段，此时，由于前置卡瓦爬行机构上前置卡瓦6的作用，阻止前置卡瓦爬行机构后退，使得爬行器在螺纹传动作用下向前爬行，当爬行器中的往复丝杆向前运动到传动螺母14达到往复丝杆最后端时，完成一个运动周期。爬行器进入下一个周期，如此反复，爬行器顺利爬行到管道预定位置。当爬行器到达管道预定位置之后，爬行器的解锁机构会将前置卡瓦6和后置卡瓦2收拢，爬行器在流体的推动下返回到管道发射端，最终完成管道作业任务。

解锁机构的工作过程为：爬行器在管道中爬行作业，爬行器中心杆21前端有一探测头，当爬行器运动到管道尽头，或者管道前方遇到比较严重的堵塞等使得爬行器无法前进的时候，探测头就会和爬行器前端的阻挡物相撞，前置卡瓦爬行机构固定在管壁上，爬行器具有向前运动的趋势，随着螺母传动的作用，探测头与阻碍物之间的接触力逐渐增加，当力达到一个特定值时，中心杆21克服齿的作用，开始在往复丝杠1内向后滑动，此时，因为后解锁拉绳24一端系在中心杆21上，另一端系在支撑杆17上，随着中心杆21向后滑动，后解锁拉绳24克服弹簧20的弹力，将后置卡瓦2放倒收拢。后置卡瓦收拢之后，前置卡瓦爬行机构仍紧紧贴着管壁，中心杆21进一步向后滑动，前解锁拉绳25拉动解锁块23，解锁块23在容置槽作用下向前滑动直至脱离解锁支撑块22，解锁支撑块22失去支撑后，前置卡瓦6连同前置支撑杆28收拢，不再卡在管壁上，最终完成爬行器的解锁。爬行器解锁之后，在管道流体的作用下回到管道出口，完成管道作用。

本发明无缆式管道逆流爬行器直接利用管内流体运动获取动力，通过一定的传动机构，转化为执行机构的运动，能够逆着流体的方向在管道中爬行，并在特定的条件下触发解锁机构，像普通管道机器人一样顺着流体方向返回。在添加相应的附属设备之后，可以对管道进行清管、检测、测绘等各种复杂的作业。使用本发明无缆式管道逆流爬行器从单一端口进入和离开管道的模式，与传统的清管方式相比，节省配套设施，也会减少不必要的操作，在爬行器作业期间不会有停产；且爬行器不受动力源的限制，只要有流体，爬行器就可以产生动力；附属的清管、检测等单元也可以有效利用涡轮产生的动力工作，大幅度降低了管道的检测与维护成本。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，并且本发明的爬行筒的瓣状部件、爬行槽、轴肩、前置卡瓦、后置卡瓦、导向机构的前支撑导向轮和后支撑导向轮不仅对应设置，且其数量也可根据实际工况需要选择三个、四个或更多个，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种无缆式管道逆流爬行器，包括爬行筒、驱动机构、前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构，所述前置卡瓦爬行机构安装于所述爬行筒上沿轴向开设的爬行槽内，所述爬行槽与所述爬行筒内部相连通，所述驱动机构沿轴向贯穿设置于所述爬行筒内，所述前置卡瓦爬行机构与所述驱动机构螺纹传动配合，使得所述前置卡瓦爬行机构沿所述爬行槽往复移动，所述后置卡瓦止退机构设于所述爬行筒的后侧，其特征在于，所述爬行器还包括解锁机构，所述解锁机构包括：

中心杆，轴向贯穿于所述驱动机构，所述中心杆的前端延伸出所述驱动机构的外侧，所述中心杆与所述驱动机构相配合，使得所述中心杆能在外力的作用下向后移动；

前解锁拉绳，其一端固定于所述中心杆上，其另一端通过解锁支撑块和解锁块与所述前置卡瓦爬行机构相连接；

后解锁拉绳，其一端固定于所述中心杆上，其另一端与所述后置卡瓦止退机构相连接；

所述前解锁拉绳和所述后解锁拉绳通过所述中心杆的向后移动促使所述前置卡瓦爬行机构和后置卡瓦止退机构沿径向收拢。

2.如权利要求1所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述爬行筒由至少三个瓣状部件沿周向围组形成圆筒状，在所述爬行筒的两侧沿径向凸设有联接法兰，在每个所述瓣状部件上沿轴向开设有爬行槽；所述前置卡瓦爬行机构对位插装于所述爬行筒的爬行槽上。

3.如权利要求2所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述驱动机构包括：

往复丝杠，沿轴向贯穿于所述爬行筒和前置卡瓦爬行机构，所述往复丝杠上加工有双向螺纹，所述往复丝杠通过其两侧设置的轴承与所述爬行筒能转动地相连接，所述往复丝杠沿轴向开设有中心通孔，所述中心杆贯穿于所述中心通孔并延伸至所述往复丝杠的外侧，所述中心杆与所述中心通孔通过其内部开设的斜齿条相啮合，使得当所述中心杆的前端受到一定的阻力时，所述中心杆沿所述中心通孔向后移动；

涡轮，设置于所述往复丝杠前部伸出端，所述涡轮在管道内流体的驱动下带动所述往复丝杠同步旋转。

4.如权利要求3所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述前置卡瓦爬行机构包括：

传动组件，包括螺母座和传动螺母，所述螺母座包括容置部和均匀设置在所述容置部一侧且沿径向延伸的至少三个轴肩，所述轴肩与所述爬行槽对应设置；在所述容置部的中心开设有轴向通孔，用于套装所述往复丝杠，所述传动螺母能转动地安装于所述容置部一侧的安装通孔中，所述安装通孔与所述轴向通孔相连通，且所述传动螺母与所述往复丝杠螺纹传动配合；

前置卡瓦组件，安装于所述轴肩上，所述前置卡瓦组件包括前置卡瓦座、前置支撑杆、前置卡瓦和拉簧，所述前置卡瓦具有向后倾斜的齿，所述前置卡瓦座与所述螺母座的轴肩通过螺栓固定连接，所述前置支撑杆呈弯折状，所述前置支撑杆的弯折处与所述前置卡瓦座通过枢轴连接，所述前置支撑杆的一端与固定于所述前置卡瓦座上的所述拉簧相连接，其另一端与所述前置卡瓦枢接在一起，所述前置支撑杆能在所述拉簧的作用下绕所述弯折处转动，在所述前置支撑杆的弯折处开设有一侧开口的容置槽，在所述容置槽内容装有解锁块和解锁支撑块，所述解锁支撑块的一侧开设有圆弧槽，用于与所述枢轴相配合，在所述解锁支撑块背向所述容置槽开口的一侧连接有螺栓头，所述螺栓头穿设于所述容置槽一侧垂直于所述枢轴的轴向开设的条形通槽中，使得所述螺栓头沿所述条形通槽上下移动；所述解锁块与所述解锁支撑块相顶抵，且所述解锁块靠近所述容置槽开口设置，所述解锁块与所述前解锁拉绳的一端相连接；当爬行器向前爬行时，所述解锁块和所述解锁支撑块相配合以限制所述前置支撑杆的移动；当所述中心杆向后移动时，所述前解锁拉绳拉动解锁块由所述容置槽内脱出，使得所述解锁支撑块通过所述螺栓头与所述条形通槽配合滑动，使得所述前置支撑杆和所述前置卡瓦沿径向收拢。

5.如权利要求4所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，在所述解锁块的底部设有凸块，在所述容置槽的开口处对应于所述凸块开设有滑槽，所述凸块与所述滑槽滑动配合。

6.如权利要求5所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，在所述前置支撑杆对应于所述凸块的位置设有弹片，所述弹片的一端通过螺钉固定在所述前置支撑杆上，其另一端顶抵于所述凸块的侧面。

7.如权利要求5或6所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，在所述螺母座与所述传动螺母之间设有弹性垫圈和弹性环。

8.如权利要求7所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述后置卡瓦止退机构包括：

后置卡瓦座，其与所述前置卡瓦座对应设置于同一轴线上，所述后置卡瓦座与所述爬行筒后侧的联接法兰通过圆柱销连接；

后置支撑杆，呈弯折状，所述后置支撑杆的弯折处与所述后置卡瓦座枢接；

后置卡瓦，其与所述后置支撑杆的外端枢接，所述后置卡瓦具有向后倾斜的齿；

弹簧，其一端固定于所述后置卡瓦座上，其另一端连接于所述后置支撑杆的内端，通过所述弹簧拉动所述后置支撑杆和后置卡瓦沿径向张开；

所述后置支撑杆与所述后解锁拉绳的一端相连接，当所述中心杆向后移动时，所述后解锁拉绳释放所述后置支撑杆，使得所述后置支撑杆和所述后置卡瓦在所述弹簧的拉动下沿径向收拢。

9.如权利要求2所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述爬行器还包括导向机构，所述导向机构包括：前轮座和后轮座，分别设在所述爬行筒两侧的联接法兰的外侧，在所述前轮座和后轮座上分别沿径向凸伸有支撑部，在所述支撑部上设有导向轮。

10.如权利要求9所述的无缆式管道逆流爬行器，其特征在于，所述导向轮包括设在所述前轮座的支撑部上的前支撑导向轮和设在所述后轮座的支撑部上的后支撑导向轮，所述前支撑导向轮和所述后支撑导向轮对称设置且分别沿周向均匀布设有至少三个。